Введение к работе
Актуальность исследования. Процесс гидравлической отсадки угля как в нашей стране, так и за рубежом играет важную роль среди процессов углеобогащения. Во Франции, Германии и Японии процессу отсадки подвергается 80 % угля, на Украине - более 60 %. В настоящее время одним из путей повышения эффективности процессов отсадки является его автоматизация.
При проектировании углеобогатительных фабрик (УОФ) учитывается возможность увеличения нагрузки отсадочных машин на 15 % в периоды резких изменений характеристик исходного угля (нагрузка фабрики по исходному углю, фракционный и гранулометрический составы), которые изменяются случайным образом и оказывают значительное влияние на качественно-количественные показатели процесса обогащения. Стабилизация этих характеристик, особенно нагрузки, которые для процесса отсадки можно рассматривать как внешние возмущающие воздействия, позволяет повысить эффективность процесса.
Колебания нагрузки отсадочных машин тем значительнее, чем большее число шахт .' или пластов составляют питание фабрики. Поэтому в качестве объекта исследования выбран Ясиновский коксохимический завод (ЯКХЗ), имеющий самую крупную УОФ Украины с типовой технологической схемой.
Существующие системы нижнего уровня управления ограничиваются стабилизацией уровня постели отсадочных машин и ее разрыхленное. Известная система стабилизации нагрузки В.В.Бриллиантова за счет изменения производительности промежуточного бункера учитывает лишь изменение фракционного состава и не позволяет стабилизировать нагрузку отсадочных машин на УОФ с типовой технологической схемой, включающей отсадочные машины крупного и мелкого угля. С внедрением на фабриках гидрогрохотов появилась принципиальная возможность рассмотреть расход воды на гидрогрохочение в качестве управляющего воздействия для управления нагрузками отсадочных машин.
Поэтому определение закономерности формирования нагрузок отсадочных машин по породе, зависящих от изменений расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю, обоснование способа раздельного управления нагрузками отсадочных машин по породе, разработка математических моделей системы автоматического управления (САУ) и алгоритмов управления, осуществление практической реализации разработанной системы, что позволит обеспечить увеличение производительности отсадочных машин и уменьшение потерь легких фракций с породой, является актуальной задачей.
Исследования выполнены в соответствии с комплексной программой модернизации угольной промышленности "Уголь" и ее подпрограммой "Компьютеризация и автоматизация производственных процессов" по результатам НИР с КБАиМ Гипрококса (тема N 030931), с ЯКХЗ (тема N 030941).
Цель работы: разработка системы автоматического управления нагрузками отсадочных машин по породе, позволяющей увеличить производительность отсадочных машин и уменьшить потери, легких фракций с породой.
Идея работы заключается в использовании расхода воды на гидрогрохочение в качестве управляющего воздействия, позволяющего совместно с изменением производительности фабрики по исходному углю реализовать раздельное управление нагрузками отсадочных машин по породе и осуществить синтез многосвязной САУ, которая обеспечивает увеличение производительности машин, уменьшение потерь легких фракций с отходами, кроме того уменьшение дисперсии выхода породы отсадочных машин.
Научная задача состоит в исследовании поставок рядовых углей на УОФ и колебаний качественно-количественных характеристик угля, в выявлении управляющих воздействий объекта управления, в установлении закономерностей формирования нагрузок отсадочных машин гравитационного отделения УОФ, зависящих от изменений расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю, в моделировании, обосновании структуры и синтезе многосвязной САУ.
Защищаемые научные положения и результаты, их новизна-Положения:
-
Установлено, что эффективное управление нагрузками отсадочных машин при изменении общей нагрузки фабрики, фракционного и гранулометрического составов рядового угля достигается совместным изменением расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю.
-
Установлены аналитические зависимости нагрузки отсадочных машин по породе, изменения которой вызывают потери легких фракций с породой, от изменения производительности фабрики по исходному углю и расхода воды на гидрогрохочение, которые положены в основу создания САУ.
Результаты:
-
Предложен и обоснован способ управления нагрузками отсадочных машин крупного и мелкого угля, отличающийся тем, что в процессе управления стабилизацию нагрузок по породе обеспечивают путем изменения производительности углеобогатительной фабрики по исходному углю и расхода воды на гидрогрохочение.
-
На основе анализа структуры и исследования динамических характеристик каналов управления отсадочных машин мелкого и крупного угля определена структурная схема многосвязной системы управления нагрузками, отличающаяся от известных наличием двух взаимосвязанных управляемых величин.
-
Осуществлен синтез системы, разработаны модели САУ и алгоритмы управления, реализующие предложенный способ и обеспечивающие выполнение условий автономности контуров управления.
-
Экспериментальная проверка в условиях УОФ ЯКХЗ показала, что САУ нагрузками отсадочных машин по породе позволяет увеличить производительность отсадочных машин на 4.5 т/ч, уменьшить потери легких фракций с породой отсадочной машины мелкого угля на 0.61 т/ч, отсадочной машины крупного угля на 0.15 т/ч.
Обоснованность и достоверность научных положений и результатов обеспечивается применением апробированных методов анализа кинетики отсадки и грохочения,
:орреляциоииого и регрессионного анализа при обработке результатов экспериментальных ісследований, теорий автоматического управления, дифференциальных уравнений и инва->иантности; достаточным объемом экспериментальных данных, полученных в промыш-[енных условиях; подтверждается адекватностью разработанных моделей процессу отсадки, юложительными результатами испытаний в промышленных условиях, апробацией работы га научных конференциях.
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирова-[ия нагрузок отсадочных машин, в использовании расхода воды на гидрогрохочение и изме-ения производительности фабрики в качестве управляющих воздействий, в обосновании пособа раздельного управления нагрузками отсадочных машин по породе, в разработке іатематігческтгх моделей САУ и алгоритмов управления, в синтезе системы, в осуществле-ии практической реализации разработанной САУ, что позволяет обеспечить увеличение роизводительности отсадочных машин и уменьшение потерь легких фракций с породой.
Практическая ценность работы. Исследования, выполненные в диссертации, явились сновой для разработки способа и САУ нагрузками отсадочных машин, основанных на зменении расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному глю, установлении рациональных удельных нагрузок осадочных машин по породе. Внедре-ие предложенной системы управления на УОФ ЯКХЗ обеспечивает годовой экономический ффект 20 млрд.крб. (в ценах 1995 г.).
Реализация результатов работы. Разработанная САУ нагрузками отсадочных ма-іин, включающая математические модели объекта и алгоритмы управления, используется КХЗ и Днепродзержинским КХЗ (ДКХЗ), Харьковским институтом "Южгипрошахт" при роектировании систем автоматического управления.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и Зсуждались на 7 конференциях: научно-технической конференции "Системный анализ в Зогащении полезных ископаемых" (Свердловск, 1989), Всесоюзной научно-технической энференции "Система "человек - машина - среда" в горном деле Настоящее и будущее" Лосква, 1990), научно-технической конференции "Техника и технология горного производ-гва" (Днепропетровск, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Новые орга-изационные структуры в экономике"(Ялта, 1991), Всесоюзной научно-технической конфе-?нции "Системный подход в горном деле. Проблемы, теория, методы" (Москва, 1991), Все-иозной конференции "Добыча и обогащение комплексных руд" (Апатиты, 1991), 1-ой краинской конференции по автоматическому управлению "Автоматика-94" (Киев, 1994). Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ. Структура и объем работы. Содержание диссертационной работы (введение, четыре [авы, заключение) изложено на 189 страницах машинописного текста и сопровождается 47 ясунками, 15 таблицами, списком литературы из 100 наименований и 5 приложениями.